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中考科学 二轮专题 专题25 电功 电功率 学案
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这是一份中考科学 二轮专题 专题25 电功 电功率 学案，共31页。学案主要包含了思维导图，知识点回顾，例题精析，建立猜想，进行实验，得出结论，交流评价，项目任务等内容，欢迎下载使用。
专题25 电功 电功率
【思维导图】
【知识点回顾】
一、电功
电功的实质：电流做功的过程就是________转化为________的过程。
单位为________(简称焦，符号为J)、千瓦时(kW·h)。
换算：1kW·h＝________J。
影响电功大小的因素有电压、________和通电________。
电流做功的过程实际上就是电能转化为其他形式能量的过程，电流做了多少功就有多少________转化为其他形式的能。
电能计算公式为：________，对纯电阻性用电器，电功还可用公式________计算。
测量电功的仪表是________(电度表或千瓦时计)，计数器上前后两次读数之差就是这段时间内消耗的千瓦时数。
二、电功率
电流在单位时间内所做的功叫________，是用来表示________的物理量。
单位：瓦特(简称瓦，符号为W)，千瓦(kW)。1kW＝1000W。
电功率计算公式为：P＝________、P＝________。对于纯电阻性用电器，电功率还可用公式P＝________、P＝________计算。
1．额定功率：用电器在________下工作时所消耗的电功率。
2．用电器只有在额定电压下工作时，实际功率等于额定功率。灯泡的亮度取决于灯的________电功率。
以灯泡为例：PZ220V 25W
PZ表示普通照明灯泡，220V表示额定电压为220V，25W表示该灯泡的额定功率为25W。
三、测定小灯泡的电功率
原理为________。
考点14 测定小灯泡的额定功率和实际功率，收集和整理实验数据得出实验结论
调节滑动变阻器，当电压表读数不等于额定电压时，可测实际功率；当电压表读数________额定电压时，可测额定功率。
四、电流的热效应
考点15 知道电路具有热效应 a；概述探究影响电流热效应因素实验的原理和涉及的科学方法
1．电流热效应
电流通过导体时，____________能转化为____________能，这种现象叫做电流的热效应。
2．用控制变量法进行研究
在电流相同，通电时间相同的情况下，电阻越大，这个电阻产生的热量越多。
在电阻相同，通电时间相同的情况下，通过电阻的电流越大，这个电阻产生的热量越多。
考点16 说出焦耳定律的内容和数学表达式 ；应用焦耳定律解决简单问题
焦耳定律：电流通过导体产生的热量，跟____________的平方、导体的____________和通电时间成正比。
表达式：Q＝____________
考点1 电能 其他形式能
考点2 焦耳 3.6×106
考点3 电流 时间
考点4 电能
考点5 W＝UIt、W＝Pt W＝(U2/R)t、W＝I2Rt
考点6 电能表
考点7 电功率 电流做功快慢
考点9 W/t UI U2/R I2R
考点10 1.额定电压 2.实际
考点12 P＝UI
考点14 等于
考点15 1.电 内
考点16 电流强度 电阻 I2Rt
【例题精析】
例1．（2021•衢州）绿色生态理念要求人们注重环保节能。如图是额定功率为5W的LED灯与60W的白炽灯，LED灯直接把电转化为光，白炽灯由灯丝通电加热发光，正常工作时，它们亮度相同。
（1）使用 LED 灯照明更符合绿色生态理念；
（2）两灯都正常工作时，相等时间内通过LED灯和白炽灯的电流所做的功之比为 1：12 。
【解答】解：（1）正常工作时，亮度相同，但LED灯的功率小，消耗的电能少，更符合绿色生态理念；
（2）正常工作时，LED的功率为P1＝5W，白炽灯的功率为P2＝60W，由P=Wt得，相等时间内通过LED灯和白炽灯的电流所做的功之比为：
W1W2=P1tP2t=P1P2=5W60W=112。
故答案为：LED；1：12.
例2．（2021•温州）疫情期间只允许体温正常的师生进入校园，为此，小明设计了一款“智能门禁”，能检测体温并进行人脸识别。工作原理为：
①若体温正常开关S1闭合，人脸识别成功开关S2闭合，电动机M工作（门打开），警示灯不亮；
②若体温异常S1不闭合，人脸识别成功S2闭合，电动机M不工作且警示灯亮起；
③不管体温是否正常，若人脸识别失败S2不闭合，电动机M不工作且警示灯不亮。
（1）下列电路设计符合要求的是 BC 。（可多选）
（2）若警示灯工作时，两端电压为3伏，电阻为10欧，其工作时的功率为 0.9 瓦。
【解答】解：（1）A.若体温异常S1不闭合，动触点与下面的静触点接触，警示灯接通，不管人脸识别是否成功，警示灯都要亮起，故A不符合题意；
B.若体温正常开关S1闭合，电磁铁把衔铁吸起，动触点与上面的静触点接触，警示灯断开，人脸识别成功开关S2闭合，电动机M工作（门打开），警示灯不亮；若体温异常S1不闭合，动触点与下面的静触点接触，电动机M断开，人脸识别成功S2闭合，警示灯接通，此时电动机M不工作警示灯亮起；不管体温是否正常，若人脸识别失败S2不闭合，电动机M和警示灯都断开，电动机M不工作且警示灯不亮，故B符合题意；
C.若体温正常开关S1闭合，电磁铁把衔铁吸下，动触点与下面的静触点接触，警示灯断开，人脸识别成功开关S2闭合，电动机M工作（门打开），警示灯不亮；若体温异常S1不闭合，动触点与上面的静触点接触，电动机M断开，人脸识别成功S2闭合，警示灯接通，此时电动机M不工作警示灯亮起；不管体温是否正常，若人脸识别失败S2不闭合，电动机M和警示灯都断开，电动机M不工作且警示灯不亮，故C符合题意；
D.若体温正常开关S1闭合，动触点与下面的静触点接触，电动机M接通，不管人脸识别是否成功，电动机M工作（门打开），故D不符合题意。
（2）若警示灯工作时，两端电压为3伏，电阻为10欧，其工作时的功率为：
P＝UI=U2R=(3V)210Ω=0.9W。
故答案为：（1）BC；（2）0.9。
例3．（2020•温州）小明观察了小区入口的车辆出入自动控制闸，发现当车牌被识别系统识别后，绿灯亮，栏杆抬起，车辆通行。于是他设计了如图所示的模拟电路，车牌识别成功相当于图中开关S闭合。
（1）已知该电路电源电压为6伏，指示灯L工作时的阻值为5欧，滑动变阻器接入电路的阻值为10欧，线圈阻值不计。闭合开关后，线圈吸住铁柱时，指示灯的功率为 0.8 瓦。
（2）若电源电压下降，栏杆不能抬起。除了更换电池外，请你再写出一种能使栏杆正常抬起的方法。 将滑动变阻器接入电路的阻值调小些 。
【解答】解：（1）由图知，指示灯L与滑动变阻器串联，当滑动变阻器接入电路的阻值为10Ω时，开关闭合，
电路的电流为：
I=URL+R滑=6V5Ω+10Ω=0.4A，
小灯泡的电功率为：
P＝I2RL＝（0.4A）2×5Ω＝0.8W；
（2）若电源电压下降，根据I=UR知在电阻不变时电路的电流较小，电磁铁的磁性较弱，吸引力较小，不能将铁柱吸下来，栏杆不能抬起，此时可以将滑动变阻器的阻值调小些，增大了电路的电流，电磁铁的磁性增强，将铁柱吸下来，可以使栏杆正常抬起来。
故答案为：（1）0.8；（2）将滑动变阻器接入电路的阻值调小些。
例4．（2020•衢州）小科测量额定电压为2.0V小灯泡的电功率，电路图如图甲所示，电源为两节干电池，利用测得数据绘制图象如图乙、丙所示，图中x为滑片P移动的距离。
（1）当滑片P移动的距离为a时，图丙中电流突然变小的原因是 灯丝断了（或电压表所测电路开路） 。
（2）该小灯泡的额定功率是 0.4W 。
【解答】解：
（1）灯与变阻器串联，电压表测灯的电压，电流表测电路的电流，当滑片P移动的距离为a时，图丙中电流突然减小到0，电路可能断路，图乙中，电压增大为电源电压3V，则电压表与电源连通，故图丙中电流突然变小的原因是灯丝断了；
（2）灯在额定电压下正常发光，由图乙知，电压表示数为2V时，x移动的距离为12cm，根据图丙知，此时的电流为0.2A，
该小灯泡的额定功率是：P＝UI＝2V×0.2A＝0.4W。
故答案为：（1）灯丝断了；（2）0.4W。
例5．（2021•杭州）小金利用如图甲所示的电路来测量小灯泡的额定功率。小灯泡额定电压为2.5V，电源电压恒定。
（1）依据图甲，请在答题卷上用笔画线代替导线，将图乙中的实物图补充完整。
（2）小金正确连接实物电路，闭合开关后，移动滑动变阻器的滑片至某位置时，电压表示数如图丙所示，此时灯泡两端电压为 2.3 V。接下来调节滑动变阻器的滑片向 B （选填“A”或“B”）端移动，直至小灯泡正常发光。
【解答】解：（1）根据电路图可知，电流表串联接入电路中，电压表并联到灯泡的两端，实物图如图所示：
；
（2）由图丙可知，电压表的量程为0～3V，分度值为0.1V，示数为2.3V，而额定电压为2.5V，故应使小灯泡两端的电压增大，则应减小变阻器分得的电压，根据串联电路的分压原理，要减小变阻器连入电路中的电阻，即滑片向B移动，使电压表示数为2.5V。
故答案为：（1）如图；（2）2.3；B。
例6．（2021•绍兴）在“测量小灯泡的功率”实验中，电源为2节干电池，小灯泡标有“2.5V”字样。
（1）按图甲方式连接好电路，小敏刚要闭合开关时，同组同学提醒他的操作有一个不妥之处，请你帮他指出： 滑动变阻器的滑片没有置于阻值最大位置 。
（2）闭合开关后，无论怎样调节滑动变阻器，小敏发现小灯泡始终不发光，电压表示数接近于3V保持不变，电流表示数始终为零，则故障原因可能是 灯泡处断路 。
（3）排除故障后，小敏闭合开关进行实验，当电压表示数为2.5V时，电流表示数如图乙所示，则小灯泡的额定功率为 1.05 W。
（4）实验结束后，小组同学对测量结果进行误差分析，考虑到电压表中也有电流通过，该电路所测小灯泡的额定功率与真实值相比 偏大 （选填“偏大”或“偏小”）。
【解答】解：（1）为保护电路，闭合开关前滑动变阻器滑片应置于阻值最大位置，而图甲中，闭合开关前滑片没有置于阻值最大位置；
（2）闭合开关，灯泡不亮，且电压表有示数、电流表示数始终为零，造成这种故障的原因是灯泡处断路；
（3）由图乙可知，电流表选用小量程，分度值为0.02A，示数为0.42A，则小灯泡的额定功率为：P＝UI＝2.5V×0.42A＝1.05W；
（4）由图知，电压表与小灯泡并联，所测电压较准确，而电流表测通过小灯泡和电压表的电流，所测电流偏大，由P＝UI可知所测小灯泡的额定功率与真实值相比偏大。
故答案为：（1）滑动变阻器的滑片没有置于阻值最大位置；（2）灯泡处断路；（3）1.05；（4）偏大。
例7．（2021•丽水）小科开展了课外探究活动：串联电路中，滑动变阻器的电功率与其接入电路电阻的关系。
【建立猜想】猜想1：滑动变阻器的电功率会随其接入电路电阻的增大而增大；
猜想2：滑动变阻器的电功率会随其接入电路电阻的增大而减小；
猜想3：滑动变阻器的电功率会随其接入电路电阻的增大先增大后减小。
【进行实验】将5欧的定值电阻R0、“10Ω 3A”的滑动变阻器R、电压恒为15伏的电源、数字电流表和电压表、开关、若干导线按如图甲所示电路图连接。
（1）图甲中电压表测 滑动变阻器 两端的电压；
（2）实验中，将滑动变阻器滑片向 右 移动（填“左”或“右”），电流表示数变小；
（3）实验中，R分别取0欧、1欧……10欧接入电路，观察记录并处理数据，得到下表，请将表中缺失的数据补充完整；
R阻值/欧
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
电流/安
3.00
2.50
2.14
1.88
1.67
1.50
1.36
1.24
1.14
1.06
1.00
电压/伏
0.00
2.50
4.28
5.64
6.68
7.50
8.16
8.68
9.12
9.54
10.00
电功率/瓦
0.00
6.25
9.16
10.60
11.16
11.25
11.10
10.76
10.40
10.11
10.00
【得出结论】根据实验数据，作出滑动变阻器的电功率随其接入电路电阻变化的曲线（如图乙），小科得出结论：猜想3成立，且当R＝R0时，滑动变阻器的电功率最大。
【交流评价】
（4）小科只通过上述探究得出实验结论可靠吗？并说明理由 不可靠，只通过一次实验不能探究得出可靠的实验结论，需要多次测量找普遍规律。 。
【解答】解：（1）由图知电压表并联在滑动变阻器的两端，所以电压表测量滑动变阻器两端的电压；
（2）由图知电压表并联在滑动变阻器的两端，当电流表的示数减小时，由I=UR知在电压一定时电路的电阻增大，所以将滑动变阻器滑片向右移动；
（3）表格中第5次的功率值为：
P＝UI＝7.50V×1.50A＝11.25W；
（4）只通过一次实验不能探究得出可靠的实验结论，需要多次测量找普遍规律。
故答案为：（1）滑动变阻器；（2）右；（3）11.25；（4）不可靠、只通过一次实验不能探究得出可靠的实验结论，需要多次测量找普遍规律。
例8．（2021•嘉兴）学习了电学知识后，某科学兴趣小组开展制作“电热水壶”的项目化学习。
【项目任务】制作一款电热水壶。经过小组同学讨论后确定电热水壶的要求如下：
容积：1L；
功能：①加热：②保温；
性能：能在7分钟内将1L水从20℃加热到100℃（不计热量损失）。
【方案设计】为实现上述功能，同学们利用两个不同阻值的电阻（R1＜R2）进行设计，其中方案一如图所示。利用方案一中的器材，请将方案二的电路补充完整。
【器材选择】若该壶是按照方案一设计的，根据项目任务中的性能要求，选择的加热电阻阻值最大为多少欧姆？[Q吸＝cm（t﹣t0），c水＝4.2×103J/（kg•℃）]
【方案反思】有同学认为电器设计还应考虑使用安全，从安全角度提出一条设计建议 在加热的支路上增加一个温度控制开关 。
【项目制作】……
【解答】解：【方案设计】
方案一，电路中两电阻串联，闭合开关S后，当开关S1闭合时，电路为R1的简单电路，电路的电阻较小，电功率较大，为加热状态；当开关S1断开时，两电阻串联，电路的电阻较大，电功率较小，为保温状态；
开关转换达到改变电路中电阻的大小，从而改变电热水壶的电功率，以实现加热和保温功能；
为了实现上述功能，还可以将两电阻并联，通过开关转换实现，电路图如图所示：
当闭合开关S时，为保温状态，再闭合S1为加热状态；
【器材选择】
由题知，方案一中能在7分钟内将1L水从20℃加热到100℃，
水的质量：m＝ρV＝1×103kg/m3×1×10﹣3m3＝1kg，
水吸收的热量：Q吸＝cm（t﹣t0）＝4.2×103J/（kg•℃）×1kg×（100℃﹣20℃）＝3.36×105J，
不计热量损失，电热水壶消耗的电能：W＝Q吸，
电热水壶的加热率：P=Wt=Q吸t=3.36×105J7×60s=800W，
由P=U2P可得，R=U2P=(220V)2800W=60.5Ω，
即选择的加热电阻阻值最大为60.5Ω；
【方案反思】
为了保证使用的安全，可以在加热的支路上增加一个温度控制开关，避免水加热至沸腾后仍持续加热。
故答案为：【方案设计】见上图；
【器材选择】方案一，选择的加热电阻阻值最大60.5Ω；
【方案反思】在加热的支路上增加一个温度控制开关。
例9．（2021•丽水）智能家居带给我们健康、舒适的生活，如智能马桶（图甲），某品牌智能马桶座圈的简易加热电路如图乙所示，电阻R1和R2是阻值恒定的电热丝，单刀双掷开关S2可接a或b，再通过开关S1的通断，实现“高、中、低”三种温挡的调节，其中低温挡的功率为20瓦，电阻R2为1210欧。
（1）座圈加热时，把电能转化为 内 能；
（2）当开关S1闭合、S2接a时，该座圈的电路相当于下列选项中的 C ；
（3）1千瓦时的电能可供该座圈低温挡工作多少小时？
（4）该座圈处于中温挡工作时的电功率为多少？
【解答】解：（1）座圈加热时，把电能转化为内能；
（2）当开关S1闭合、S2接a时，两电阻并联。
图A为R1的简单电路，图B为两电阻串联的电路，图C为两电阻并联的电路，故该座圈的电路相当于下列选项中的C；
（3）1千瓦时的电能可供该座圈低温挡工作的时间t=WP低温=1kW⋅ℎ20×10−3kW=50h；
（4）当开关S1闭合、S2接a时，两电阻并联。总电阻最小，根据P＝UI=U2R可知此时总功率最大，为高温挡，
闭合S1，S2接b时，电路为R1的简单电路，总电阻较小，根据P＝UI=U2R可知此时总功率较大，为中温挡，
当开关S1断开、S2接b时，两电阻串联。总电阻最大，根据P＝UI=U2R可知此时总功率最小，为低温挡；
该座圈处于低温挡时，电路的总电阻R串=U2P低温=(220V)220W=2420Ω，则R1＝R串﹣R2＝2420Ω﹣1210Ω＝1210Ω，
该座圈处于中温挡工作时的电功率P中温=U2R1=(220V)21210Ω=40W。
故答案为：（1）内；（2）C；（3）1千瓦时的电能可供该座圈低温挡工作50小时；
（4）该座圈处于中温挡工作时的电功率为40W。
例10．（2021•金华）便携式无线加湿器，让你随时随地实现加湿自由。某品牌便携式无线加湿器，通过旋转开关S接触不同触点，实现高、低两个挡位的转换，其简化的工作电路如图所示，铭牌上的部分参数如下表：
项目
参数
工作电压（V）
20
低挡位功率（W）
5
高挡位功率（W）
10
完成下列问题：
（1）旋转开关S接触“bc”两触点时，加湿器处于 低 挡位；
（2）加湿器低挡位工作时，电路通过的电流多大？
（3）加湿器高挡位工作6小时，将消耗多少电能？
【解答】解：（1）旋转开关S接触触点ab时，电路未接通；
旋转开关S接触触点cd时，电路为R1、R2的并联电路，总电阻较小，根据P＝UI=U2R可知总功率较大，
旋转开关S接触触点bc时，电路为R2的简单电路，总电阻较大，根据P＝UI=U2R可知总功率较小，加湿器处于低挡位；
（2）已知低挡位的功率为5W，加湿器低挡位工作时，电路通过的电流I=P低U=5W20V=0.25A；
（3）已知高挡位的功率为10W，加湿器高挡位工作6小时，将消耗的电能W＝P高t＝10W×6×3600s＝2.16×105J。
故答案为：（1）低；
（2）加湿器低挡位工作时，电路通过的电流为0.25A；
（3）加湿器高挡位工作6小时，将消耗2.16×105J的电能。
【习题巩固】
一．选择题（共7小题）
1．下列连接方法中，闭合开关后，在相同时间内虚线框里的电阻丝产生的总热量最少的是（ ）
A． B．
C． D．
【解答】解：串联电路总电阻大于任何一个分电阻，并联电路的总电阻小于任何一个分电阻，
根据电阻串联和并联的特点可知，四个图中电路的总电阻关系为：RC＞RB＞RA＞RD，
由题知，甲、乙、丙、丁四个电路两端电压相等，
由Q=U2Rt可知，C图中电路的总电阻最大，相同时间内产生的总热量最少。
故选：C。
2．如图是一个玩具汽车上的控制电路，小明对其进行测量和研究发现：电动机的线圈电阻为1Ω，保护电阻R为4Ω，当闭合开关S后，两电压表的示数分别为6V和2V，则（ ）
A．电路中的电流为 4A
B．电动机的功率为 16W，它两端的电压为 4V
C．1 分钟在电阻 R 上产生热量 60J，电动机消耗电能 120J
D．电动机工作时将机械能转化为电能，若将电阻 R 换成滑动变阻器，可调节电动机的转速
【解答】解：由电路图中可知，电动机与保护电阻串联，电压表V1测量电源电压；电压表V2测量保护电阻R两端的电压；
（1）由题意可知，闭合开关后，电阻R两端的电压为2V，
则通过电阻R的电流：
I=URR=2V4Ω=0.5A；
因为串联电路电流处处相等，
电路中的电流为0.5A，故A错误；
（2）电压表V1测量电源电压，则结合题中数据可知，电源电压为6V，
因为串联电路总电压电压各用电器电压之和，
所以电动机的电压为：UM＝U﹣UR＝6V﹣2V＝4V，
电动机的功率为：
PM＝UMI＝4V×0.5A＝2W；故B错误；
（3）1分钟在电阻R上产生的热量：
Q＝I2Rt＝（0.5A）2×4Ω×60s＝60J；
1 分钟电动机消耗电能：
W＝UMIt＝4V×0.5A×60s＝120J；故C正确；
（4）电动机工作时把电能转化成机械能；将电阻R换成滑动变阻器，可以调节电路中电流的大小，从而起到调节电动机转速的作用，故D错误。
故选：C。
3．如图所示是一个电吹风的实物连接图，其中发热电阻丝的阻值为50Ω，电吹风吹冷风时，测得插头处的电流表为0.2A。当此电吹风吹热风时，正常工作2分钟，消耗的电能是（ ）
A．5050J B．240J C．116160J D．121440J
【解答】解：电吹风吹冷风时，只有电动机工作，电路中电压是220V，插头处电流为0.2A，
则电吹风消耗的电功率：PM＝UI＝220V×0.2A＝44W，
电吹风吹热风时，电动机和电热丝都工作，并且是并联，
电热丝的功率：P丝=U2R丝=(220V)250Ω=968W
此时电吹风的总功率：P总＝PM+P丝＝44W+968W＝1012W
正常工作2min，消耗的电能：W＝P总t＝1012W×120s＝121440J。
故选：D。
4．如图所示，将三个相同空烧瓶口分别用完全相同的气球密封，将多个阻值相同的电阻R以不同的连接方式接入电路中，通电一段时间后体积变化最大的气球是（ ）
A．a B．b C．c D．三个相同
【解答】解：
由图可知，三个烧瓶的电阻（相同的电阻R）以不同方式接入电路中时是串联的，所以通过电流相等，通电时间也相等，
由电阻的串联和并联特点知，电阻串联后电阻最大，并联后电阻最小，即被b气球密封的烧瓶里的电阻最大，由Q＝I2Rt可知这个烧瓶里电阻放出热量最多，瓶中气体温度最高，气球的体积变化最大。
故选：B。
5．图甲是一款车载USB充电器，工作原理如图乙，闭合S后稳压元件两端电压恒为U，可为手机等提供稳定的充电电压，汽车电源电压为U总（U总＞U），R为定值电阻，其消耗的电功率为P，则下列关于P﹣U总图象的变化正确的是（ ）
A． B．
C． D．
【解答】解：由欧姆定律和P＝UI可得，R消耗的电功率：P＝URI=UR2R=(U总−UD)2R=1RU总2−2UDRU总+UD2R，显然R消耗的电功率P随电源总电压U总变化关系为二次函数图象，由数学知识知，图象为抛物线，并且开口朝上，故A正确，BCD错误。
故选：A。
6．为了探究电流产生的热量跟什么因素有关，某同学设计了如图所示的装置。将两段阻值不同的电阻丝分别密封在两个完全相同的小塑料盒中，塑料盒内分别插着相同的温度计，电源电压不变。闭合开关，相同时间内A的温度计温度上升快，则下列说法不正确的是（ ）
A．相同时间内电阻R1产热量多
B．电阻R1＞R2
C．R1两端电压大于R2两端的电压
D．该实验为探究电流产生的热量与电流大小是否有关
【解答】解：
根据图可知，该电路为串联电路，在串联电路中各处的电流是相同的；相同时间内A的温度计温度上升快，说明R1产生的热量多，在电流和通电时间相同时，电阻越大，产生的热量越多，即电阻R1＞R2；电流和通电时间相同，电阻不同，所以探究的是电流产生的热量与电流大小是否有关；根据U＝IR可知，R1两端电压大于R2两端的电压，故ABC正确，D错误；
本题选错误的；
故选：D。
7．多功能煲汤炖锅可以实现保温、慢炖、快炖三种功能，使用时可通过旋钮开关实现功能切换。下图是模拟加热原理图，其中测试电源的电压为5伏，四段电热丝电阻均为5欧，保温、慢炖、快炖所需加热功率依次增大。下列说法正确的是（ ）
A．开关旋至“1”挡，开启快炖功能
B．开启保温功能，电路中的总电阻为5欧
C．从快炖到慢炖，电路总电流变化0.5安
D．快炖与慢炖电路总功率之比为2：1
【解答】解：
A、开关旋至“1”挡，两个电阻串联，此时电路总电阻：R串＝2R＝2×5Ω＝10Ω；
此时的总功率P1=U2R串=(5V)210Ω=2.5W；
开关旋至“2”挡，只有一个电阻工作，
此时的总功率P2=U2R=(5V)25Ω=5W；
开关旋至“3”挡，两个电阻并联，并联的电阻为：R并=12R=12×5Ω＝2.5Ω，
此时的总功率P3=U2R并=(5V)22.5Ω=10W；
因此开关旋至“1”挡，为保温挡；接“2”时为慢炖，接“3”时为快炖，故A错误；
B、开关旋至“1”挡，为保温挡，总电阻为10Ω，故B错误；
C、快炖时，两个电阻并联，总电流为：I并=UR并=5V2.5Ω=2A；
慢炖时，只有一个电阻，总电流为：I=UR=5V5Ω=1A；
则从快炖到慢炖，电路总电流变化：△I＝I并﹣I＝2A﹣1A＝1A，故C错误；
D、快炖与慢炖电路总功率之比：P3：P2＝10W：5W＝2：1，故D正确。
故选：D。
二．填空题（共3小题）
8．甲、乙两个相同的烧瓶里分别装有等质量的水和煤油，在水和煤油中放入完全相同的电阻丝，现把两个电阻丝串联起来，组成如图所示的电路，闭合开关一段时间，通过温度计观察水和煤油的温度上升。
（1）水上升的温度（Δt水）与煤油上升的温度（Δt油）的大小关系是Δt水 小于 Δt油（选填“大于”、“等于”或“小于”）。
（2）移动滑动变阻器滑片，继续观察，发现水和煤油的温度升高得更快，那么滑动变阻器滑片在向 A （选填“A”或“B”）移动。
【解答】解：（1）两个完全相同电阻丝串联接入电路中，电流相等，由Q＝I2Rt可知两电阻丝产生的热量相同，水的比热容比煤油大，所以质量相等的水和煤油，吸收相同的热量，水的比热容大，吸收能力大，温度上升的少，故是Δt水 小于Δt油；
（2）移动滑动变阻器滑片，继续观察，发现水和煤油的温度升高得更快，说明电流产生的热量多，由Q＝I2Rt可知，是电路中电流变大，所以电路中的电阻变小，即滑片向A端移动。
故答案为：小于；A。
9．如图所示，利用电动机通过滑轮组（虚线框内的滑轮组未画出）依次拉动物体A、B。图中效率为60%的电动机拉绳子的功率为50W且保持不变，不计绳重与摩擦，动滑轮的总重力为6N，拉动A向右做匀速直线运动时，所受阻力为48N，电动机拉绳的力为F1，此过程中，A所受的拉力与阻力的大小 相等 （填“相等”或“不相等”），电动机工作1min消耗的电能为 5000 J。拉动B向右做匀速直线运动时，B所受阻力为36N，电动机拉绳的力为F2，F2比F1小4N，此时电动机拉绳的力F2为 14 N。（电动机的效率为电动机输出的有用机械功与电流做的总功的比值）
【解答】解：（1）拉动A向右做匀速直线运动，A处于平衡状态，由二力平衡条件可知，A所受的拉力与阻力的大小相等，为48N；
（2）已知电动机的效率为60%，电动机拉绳子的功率P＝50W，
则电动机的电功率P′=50W60%=250W3W，
由P=Wt可得，电动机工作3s消耗的电能W＝P′t=250W3W×1×60s＝5000J；
（3）依次拉动物体A、B，电动机的效率都为60%，
不计绳重与摩擦，设动滑轮上绳子的有效股数为n，则：
F1=1n（fA+G动）﹣﹣﹣﹣﹣﹣①
F2=1n（fB+G动）﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣②
由题知F2+4N＝F1﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣③，
且已知fA＝48N、fB＝36N、G动＝6N，再联立①②③式，解得F2＝14N。
故答案为：相等；5000；14。
10．一只标有“6V 3.6W”的小灯泡和一个定值电阻“10Ω0.5A”，通过它们的电流随两端电压的变化关系如图所示，若把它们并联接入3V的电路中，则电路的总功率为 2.4 W．若把它们串联在一个电路中，小灯泡的最大功率为 1.5 W。
【解答】解：（1）由I﹣U图象可知，U＝3V时，通过灯泡的电流IL＝0.5A，通过电阻的电流IR＝0.3A，
电路总电流I＝IL+IR＝0.5A+0.3A＝0.8A，电路总功率P＝UI＝3V×0.8A＝2.4W；
（2）∵P＝UI，
∴灯泡正常发光时的电流：
IL额=PL额UL额=3.6W6V=0.6A，
由题意知，电阻允许通过的最大电流是0.5A，当灯泡与电阻串联时，
电路的最大电流应等于电阻允许通过的最大电流I′＝0.5A，由I﹣U图象可知，
此时灯泡两端电压UL′＝3V，
灯泡与电阻串联时的最大功率：
P＝UL′I′＝3V×0.5A＝1.5W；
故答案为：2.4；1.5。
三．实验探究题（共6小题）
11．为了测定小灯泡的电功率，小明利用电压恒为3伏的电源、滑动变阻器、标有“2.5V”字样的小灯泡等器材按图甲方式连接电路进行实验，闭合开关并移动滑片P，获得相关数据如表：
实验序号
电压/伏
电流/安
电功率/瓦
1
2.0
0.18
0.36
2
2.5
0.50
3
3.0
0.22
0.66
（1）完成实验2后，要想获得实验3的数据，则实验中滑片P的移动情况是 向左移动 。
（2）请分析表中数据，确定小灯泡正常发光时电流表的示数为 0.2A ，并在图乙中画出此时电流表指针位置。
（3）在滑动变阻器滑片移动过程中，电路消耗的总功率、小灯泡的功率随电流变化如图丙所示，请判断随电流增大，滑动变阻器的功率大小变化是 先增大，后减小为零 。
【解答】解：
（1）由表格数据可知，实验3中灯泡两端的电压值大于实验2中灯泡两端的电压值，而电源电压不变，且U＝U滑+UL，故完成实验2后，要想获得实验3的数据（即增大灯泡两端的电压），应减小滑动变阻器两端的电压，根据串联分压特点可知，应减小滑动变阻器接入电路的阻值，则由图甲可知滑片P应向左移动；
（2）小灯泡的额定电压为2.5V，从表中可知，小灯泡正常发光时的额定功率为0.5W，
根据P＝UI可知小灯泡正常发光时电流表的示数I=PU=0.5W2.5V=0.2A；图乙电流表选择小量程，电流表指针位置如图所示：
（3）电路消耗的总功率P总＝P滑+P灯，则滑动变阻器消耗的功率P滑＝P总﹣P灯，从图丙中可知，在电流逐渐增大的过程中，P总与P灯的差先增大，后减小为零，故滑动变阻器的功率大小变化是先增大，后减小为零。
故答案为：（1）向左移动；（2）0.2A；如上图所示；（3）先增大，后减小为零。
12．小科同学利用电流表和电阻箱测量小灯泡的功率，设计并连接了如图甲所示的实物电路。
（1）闭合开关S1，将单刀双掷开关S2扳向“1”，调节滑动变阻器的阻值使电流表的示数为I1，如图乙所示，I1＝ 0.2 A。
（2）将开关S2扳向“2”，保持滑动变阻器的阻值不变，调节电阻箱的阻值R，使电流表的示数仍为I1，此时R＝5Ω。
（3）步骤（1）小灯泡的实际功率P1＝ 0.2 W；
（4）在实际测量中，若小灯泡的额定电流为I0＝2I1，以下关于灯泡额定功率P0与实际功率P1的数值关系，你认为可能的是 D 。
A.P0＝2P1
B.P0＝3P1
C.P0＝4P1
D.P0＝5P1
【解答】解：（1）闭合开关S1，将开关S2扳向“1”，滑动变阻器与灯泡串联，如图乙所示，电流表量程为0～0.6A，分度值为0.02A，则电流表的示数为I1＝0.2A；
（2）将开关S2扳向“2”，保持滑动变阻器的滑片位置不变，使滑动变阻器接入电路的阻值不变，调节电阻箱连入电路的阻值，当电流表示数为I1时，此时电阻箱连入电路的电阻与上次实验中电流为I1时灯丝电阻相同；故灯泡的电阻R1＝5Ω；
（3）由（2）知灯丝中电流为I1时，灯丝的阻值R＝5Ω，则小灯泡的实际功率：P实＝I12R＝（0.2A）2×5Ω＝0.2W；
（4）若小灯泡的额定电流为I0＝2I1，假设灯泡的阻值不变，则P额＝I02R＝（2I1）2R＝4I12R＝4P1。
由于灯泡的阻值不是定值，会随温度的升高而变大，所以，当灯泡在正常工作时，灯泡的阻值变大，则额定功率P0＞P额＝4P1，所以最有可能的额定功率值P0＝5P1。
故选：D。
故答案为：（1）0.2；（3）0.2；（4）D。
13．电炉丝正常工作时，导线和电炉丝通过的电流相同，但电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热。为探究其原因，小乐设计了如图所示的实验电路，其中R1＞R2。
（1）用笔画线代替导线将实验电路连接完整。
（2）为了在较短的时间内达到明显的实验效果，烧瓶中应加入等量的 煤油 （选填“水”或“煤油”）；实验中通过 温度计示数的变化 （选填“加热时间”或“温度计示数的变化”）来反映电阻丝产生热量的多少。
（3）实验表明：在电流和通电时间相同时，电阻越大，电流产生的热量越多。则“电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热”的原因是 电炉丝与导线是串联的，电流和通电时间相等，根据Q＝I2Rt，电阻越大，产生的热量越多，而电炉丝的电阻远大于导线的电阻 。
【解答】解：
（1）电炉丝正常工作时，导线和电炉丝通过的电流相同，通电时间也相同，但电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热，这说明导体产生的热量与导体的电阻的大小有关，探究该问题时，需要控制电流和通电时间相同，故需要两个电阻丝串联在电路中，如图所示：
；
（2）煤油的比热容比水小，质量相等且吸收相同热量时，煤油上升的温度比水更快，实验现象更明显，故选用的是煤油；根据转换法，实验中煤油吸热的多少是通过温度计示数的变化来反映的；
（3）电炉丝与导线是串联的，电流和通电时间相等，根据Q＝I2Rt，电阻越大，产生的热量越多，电炉丝的电阻远大于导线的电阻，所以在相同的时间内，电炉丝产生的热量较多，电炉丝热得发红，而与电炉丝连接的导线却几乎不发热。
故答案为：（1）如图所示：（2）煤油；温度计示数的变化；（3）电炉丝与导线是串联的，电流和通电时间相等，根据Q＝I2Rt，电阻越大，产生的热量越多，而电炉丝的电阻远大于导线的电阻。
14．某品牌酸奶机的部件如图甲所示，工作电路如图乙所示，其中R1与R2为电热丝。接入电路，启动工作即为闭合开关S1，进入加热状态，此时的功率为20W；当温度达到42℃时，温控开关S2自动断开，功率减小到4W，此后设备达到热平衡，温度保持42℃不变（不考虑温度对电阻的影响）。
小乐利用此酸奶机按如下方式制取酸奶：
①将酸奶机的不锈钢内胆放在开水中煮5分钟；
②将新鲜纯牛奶倒入酸奶机，然后加入适量酸奶；
③盖上酸奶机的顶盖，让内部处于密封状态，打开电源开关。
（1）组成酸奶机部件的材料中，属于金属材料的是 不锈钢 （选填“玻璃”“塑料”或“不锈钢”）。
（2）在制作酸奶过程中，步骤①和步骤③的目的分别是 高温可以杀菌，防止杂菌的污染；达到适宜的温度和缺氧的环境 。
（3）该酸奶机电热丝R2的阻值为 3025 Ω；若加热时的效率为75%，则将240g的混合牛奶（鲜奶和酸奶的混合物）从22℃加热到42℃大约需要 800 s。[混合牛奶的比热容始终为2.5×103J/（kg•℃）；不考虑加热过程中热量散失的影响]
【解答】解：（1）玻璃是由无机非金属材料制成的；塑料是由合成材料制成的；不锈钢是由金属材料制成的；
（2）①制作酸奶时，对材料进行煮沸处理，高温可以杀菌，防止杂菌的污染；
③乳酸菌大量繁殖所需要的基本外界条件：适宜的温度、缺氧的环境（氧气能抑制乳酸菌的繁殖），还有水和充足的有机物，所以盖上酸奶机的盖子，打开开关，目的让内部处于密封状态从而达到适宜的温度和缺氧的环境；
（3）由电路图可知，S1、S2均闭合时为并联电路，电路总电阻较小，由P＝UI=U2R可知，此时为高温挡；S1闭合，S2断开时，电路总电阻较大，由P＝UI=U2R可知，为保温挡；
R2的功率：P2＝P高﹣P保＝20W﹣4W＝16W，
由P＝UI=U2R可知R2的阻值为：
R2=U2P2=(220V)216W=3025Ω；
（4）牛奶吸收的热量：
Q吸＝c牛奶m△t＝2.5×103J/（kg•℃）×240×10﹣3kg×（42℃﹣22℃）＝12000J，
由η=Q吸W可得消耗的电能：
W=Q吸η=12000J75%=16000J，
由W＝Pt可得加热时间为：
t=WP=16000J20W=800s。
答：（1）不锈钢；
（2）高温可以杀菌，防止杂菌的污染；达到适宜的温度和缺氧的环境；
（3）电阻丝R2的阻值为3025Ω；如果该酸奶机加热时的效率为75%，则将240g牛奶加从22℃热到42℃大约需要800s。
15．在“测定小灯泡额定功率”的实验中，电源电压为6V，小灯泡的额定电压为3.8V。
（1）小明在连接实验电路时还有导线未接上，如图甲所示，请用笔画线代替导线把图甲中的电路连接好；
（2）在闭合开关前，滑动变阻器的滑片应该移到 A （填“A”或“B”）端；
（3）实验时，要使小灯泡正常发光，应移动滑动变阻器的滑片使电压表的示数为3.8V，此时电流表的示数如图乙所示，那么小灯泡的额定功率是 2.66 W。
【解答】解：（1）因为灯泡的额定电压为3.8V，所以电压表量程选择0～15V；将电压表“15”接线柱与灯泡的右接线柱相连，如下图所示：
；
（2）连接完电路时，闭合开关前，需将滑动变阻器的滑片移到阻值最大处，即将滑片放在A端；
（3）要使小灯泡正常发光，应移动滑动变阻器的滑片使电压表的示数等于灯泡的额定电压3.8V；
根据图乙可知，电流表量程为0～3A，分度值为0.1A，示数为0.7A；
灯泡的额定功率：P＝UI＝3.8V×0.7A＝2.66W。
故答案为：（1）如图；（2）A；（3）2.66。
16．在一次测量小灯泡额定功率的实验中，所用电源由两节新干电池串联组成，小灯泡上标有“2.5V”字样（小灯泡额定功率约为0.7W）。聪明而粗心的小鹏连接了如图甲所示的电路。
（1）同组的小张发现电路连接有错，如果闭合图甲所示电路的开关，电压表的示数约为 3 V，小灯泡的发光情况为 不发光 （选填“正常发光”、“亮度较暗”或“不发光”）。
（2）小张主张拆了以后重新连接，可是时间来不及了，小鹏眼珠一转，在图甲电路中只改变了某根导线一端的接点位置，就能测量电路中小灯泡额定功率。请在图甲中错误的导线上画“×”，并画出小鹏改动的那条导线。
（3）故障排除后，小张从滑动变阻器接入电路阻值最大时开始记录数据，得到小灯泡的U﹣I图像，如图所示，测得小灯泡的额定功率是0.75W，所用滑动变阻器的规格是下列四个选项中的 C 。
A.5Ω，2A
B.15Ω，2A
C.25Ω，2A
D.30Ω，2A
（4）有的同学认为该实验可以用来探究导体中的电流与电压的关系，你认为这种说法 不合理 （选填“合理”或“不合理”）。理由是 探究导体中的电流与电压的关系要控制电阻大小不变，而灯的电阻随温度的变化而变化 。
【解答】解：（1）甲图中，电流表与变阻器并联，电压表串联在电路中测电源电压，如果闭合图甲所示电路的开关，电压表的示数约为3V，因电压表内阻很大，故电路的电流为0，小灯泡的发光情况为不发光；
（2）电流表应与串联在电路中，电压表与灯并联，如下图所示：
（3）小张从滑动变阻器接入电路阻值最大时开始记录数据，此时电路的电流最小，根据小灯泡的U﹣I图像知，此时的电流为0.1A，对应的电压为0.5V，根据串联电路规律及欧姆定律，变阻器连入电路的最大电阻为：
R滑=U滑I1=U−U1I1=3V−0.5V0.1A=25Ω，选用滑动变阻器C；
（4）这种说法不合理，探究导体中的电流与电压的关系要控制电阻大小不变，而灯的电阻随温度的变化而变化。
故答案为：（1）3； 不发光；（2）如上图所示；（3）C； （4）不合理；探究导体中的电流与电压的关系要控制电阻大小不变，而灯的电阻随温度的变化而变化。
四．计算题（共3小题）
17．电压力锅结合了压力锅和电饭锅的优点，解决了压力锅的安全问题，如图是某品牌的电压力锅和它的简化电路图，R1为工作时的加热电热丝，额定功率为800W；R2为保温保压电热丝，且R2＝4R1，使用时同时闭合开关S1、S2，S1为压力开关，当压强达到设定值时S1会自动断开，排气阀开始排气；S2为限时开关，可以设定保温保压时间。
（1）电压力锅工作时，把电能转化为 内 能；
（2）加热功率为额定功率800W时，电阻丝R1的阻值为多少欧姆？
（3）用电压力锅煮骨头汤时食物更容易煮透。假设某次要煮水和骨头共计4千克，水的初温20℃，不计热损失，加热到最高温度120℃时，至少需要多少时间？（c水＝4.2×103J/（kg•℃），设骨头的比热容与水相同）
【解答】解：（1）电能的转化是通过电流做功实现的，电压力锅是把电能转化为内能来工作的；
（2）R1工作时，其两端的电压U1＝220V，根据P=U2R可知，R1=U12P额=(220V)2800W=60.5Ω；
（3）使用时同时闭合S1、S2，则R1与R2并联，
因并联电路中各支路两端的电压相等，
所以，由P=U2R可得，它们之间的功率之比：
P1P2=U2R1U2R2=R2R1=4R1R1=41，
则P2=P14=800W4=200W，
加热时的功率：
P＝P1+P2＝800W+200W＝1000W，
水和骨头吸收的热量：
Q吸＝cm（t﹣t0）
＝4.2×103J/（kg•℃）×4kg×（120℃﹣20℃）
＝1.68×106J，
由W＝Q吸＝Pt可得，加热时间：
t=WP=Q吸P=1.68×106J1000W=1680s。
答：（1）内；
（2）电阻丝R1的阻值为60.5Ω；
（3）加热到最高温度最少需要1680s。
18．某兴趣小组设计的“温度控制器”工作时有加热和保温两种状态。电路如图所示，S为开关，双金属开关在温度低时闭合，温度到达一定值时自动断开，降温后再闭合，循环工作，起到调节温度作用，指示灯的额定电压为200V，且亮起即正常工作，发热电阻阻值为40Ω。求：
（1）当指示灯亮时，温度控制器处于 保温 状态。
（2）指示灯的电阻值。
（3）加热状态时，温度控制器工作1分钟所消耗的电能。
【解答】解：（1）当指示灯亮时，指示灯与发热电阻串联，电路中的总电阻最大，
由P＝UI=U2R可知，电路的总功率最小，温度控制器处于保温状态；
（2）当指示灯亮时，两端的电压UL＝200V，
因串联电路中总电压等于各分电压之和，
所以，发热电阻两端的电压：
UR＝U﹣UL＝220V﹣200V＝20V，
因串联电路中各处的电流相等，
所以，电路中的电流：
I=ULRL=URR，
即200VRL=20V40Ω，
解得：RL＝400Ω；
（3）双金属开关闭合时，电路为发热电阻的简单电路，则温度控制器工作1分钟所消耗的电能：
W＝UI′t=U2Rt=(220V)240Ω×1×60s＝7.26×104J。
答：（1）保温；
（2）指示灯的电阻值为400Ω；
（3）加热状态时，温度控制器工作1分钟所消耗的电能为7.26×104J。
19．某品牌电加热座椅垫内部电路如图所示，S接触“2”或“3”触点时，可实现“低温”或“高温”挡位调节，已知低温挡功率为9W，高温挡功率为36W。求：
（1）在“高温”挡工作时，电路中的电流。
（2）在“低温”挡工作时，5min电路消耗的总电能。
（3）R1的阻值。
【解答】解：（1）电源电压U一定，由P=U2R可知，电阻越大，电功率越小；由电路图可知，开关S接触“2”，两电阻串联，此时功率较小，处于低温挡；S接触“3”，只有电阻R1接入电路，此时处于高温挡；
已知高温挡功率P高＝36W，电源电压U＝12V，由P＝UI可得，
在“高温”挡工作时，电路中的电流I=P高U=36W12V=3A；
（2）已知低温挡功率P低＝9W，由P=Wt可得，
5min电路消耗的总电能W＝P低t＝9W×5×60s＝2700J；
（3）由电路图可知，S接触“3”，只有电阻R1接入电路，此时处于高温挡；
由P=U2R可得，
电阻R1=U2P高=(12V)236W=4Ω；
答：（1）在“高温”挡工作时，电路中的电流为3A。
（2）在“低温”挡工作时，5min电路消耗的总电能为2700J。
（3）R1的阻值为4Ω。
五．解答题（共1小题）
20．随着生活条件的改善，人们更加注意家居环境的美化，如图所示甲是带有水温调节功能的家庭水族箱。该水族箱的鱼缸水温调节器工作原理如图乙所示：其中R1为阻值可调的电热丝，R2为定值电热丝，R2＝400欧，开关S2为单刀双掷开关，不考虑温度对电阻的影响。试问：
（1）如图乙所示可知：当开关S1闭合，S2接b时，电路处于 加热 状态（填“保温”或“加热”）；
（2）当开关S1闭合，S2接a时，若电路消耗功率P＝48.4W，则电热丝R1连入电路的阻值应为多少？
（3）当开关S1闭合，S2接a时，调节滑片得到R1的功率随电路中电流变化的图象如图丙所示，求R1接入电阻最大时R1的功率为多少？
【解答】解：
（1）当开关S1闭合、S2接b时，电路为R2的简单电路；开关S1断开、S2接a时，两电阻串联；
根据电阻的串联规律可知，串联电路的总电阻大于其中任一电阻，根据P＝UI=U2R可知，当开关S1闭合、S2接b时，总电阻最小，电功率最大，为加热状态；
（2）开关S1断开、S2接a时，两电阻串联，电路处于保温状态时，等效电路图如下图所示：
由P＝UI=U2R得电路的总电阻：
R=U2P=(220V)248.4W=1000Ω，
则根据串联电路的电阻特点可得R1连入电路的阻值：
R1＝R﹣R2＝1000Ω﹣400Ω＝600Ω；
（3）当电路处于保温状态且R1接入电阻最大时，电路中的电流最小，由图丙可知，最小电流为：I最小＝0.05A，
则此时总功率为：P总＝UI最小＝220V×0.05A＝11W，
此时R2的功率：
P2＝I最小2R2＝（0.05A）2×400Ω＝1W，
所以，滑动变阻器消耗的电功率：P滑＝P总﹣P2＝11W﹣1W＝10W。
答：（1）加热；
（2）当电路处于保温状态时，若电路消耗功率P＝48.4W，则电热丝R1连入电路的阻值应为400Ω；
（3）当电路处于保温状态时，调节滑片得到R1的功率随电流变化的图象如图丙所示，R1接入电阻最大时R1的功率为10W。
专题25 电功 电功率
【思维导图】
【知识点回顾】
一、电功
电功的实质：电流做功的过程就是________转化为________的过程。
单位为________(简称焦，符号为J)、千瓦时(kW·h)。
换算：1kW·h＝________J。
影响电功大小的因素有电压、________和通电________。
电流做功的过程实际上就是电能转化为其他形式能量的过程，电流做了多少功就有多少________转化为其他形式的能。
电能计算公式为：________，对纯电阻性用电器，电功还可用公式________计算。
测量电功的仪表是________(电度表或千瓦时计)，计数器上前后两次读数之差就是这段时间内消耗的千瓦时数。
二、电功率
电流在单位时间内所做的功叫________，是用来表示________的物理量。
单位：瓦特(简称瓦，符号为W)，千瓦(kW)。1kW＝1000W。
电功率计算公式为：P＝________、P＝________。对于纯电阻性用电器，电功率还可用公式P＝________、P＝________计算。
1．额定功率：用电器在________下工作时所消耗的电功率。
2．用电器只有在额定电压下工作时，实际功率等于额定功率。灯泡的亮度取决于灯的________电功率。
以灯泡为例：PZ220V 25W
PZ表示普通照明灯泡，220V表示额定电压为220V，25W表示该灯泡的额定功率为25W。
三、测定小灯泡的电功率
原理为________。
考点14 测定小灯泡的额定功率和实际功率，收集和整理实验数据得出实验结论
调节滑动变阻器，当电压表读数不等于额定电压时，可测实际功率；当电压表读数________额定电压时，可测额定功率。
四、电流的热效应
考点15 知道电路具有热效应 a；概述探究影响电流热效应因素实验的原理和涉及的科学方法
1．电流热效应
电流通过导体时，____________能转化为____________能，这种现象叫做电流的热效应。
2．用控制变量法进行研究
在电流相同，通电时间相同的情况下，电阻越大，这个电阻产生的热量越多。
在电阻相同，通电时间相同的情况下，通过电阻的电流越大，这个电阻产生的热量越多。
考点16 说出焦耳定律的内容和数学表达式 ；应用焦耳定律解决简单问题
焦耳定律：电流通过导体产生的热量，跟____________的平方、导体的____________和通电时间成正比。
表达式：Q＝____________
考点1 电能 其他形式能
考点2 焦耳 3.6×106
考点3 电流 时间
考点4 电能
考点5 W＝UIt、W＝Pt W＝(U2/R)t、W＝I2Rt
考点6 电能表
考点7 电功率 电流做功快慢
考点9 W/t UI U2/R I2R
考点10 1.额定电压 2.实际
考点12 P＝UI
考点14 等于
考点15 1.电 内
考点16 电流强度 电阻 I2Rt
【例题精析】
例1．（2021•衢州）绿色生态理念要求人们注重环保节能。如图是额定功率为5W的LED灯与60W的白炽灯，LED灯直接把电转化为光，白炽灯由灯丝通电加热发光，正常工作时，它们亮度相同。
（1）使用 LED 灯照明更符合绿色生态理念；
（2）两灯都正常工作时，相等时间内通过LED灯和白炽灯的电流所做的功之比为 1：12 。
【解答】解：（1）正常工作时，亮度相同，但LED灯的功率小，消耗的电能少，更符合绿色生态理念；
（2）正常工作时，LED的功率为P1＝5W，白炽灯的功率为P2＝60W，由P=Wt得，相等时间内通过LED灯和白炽灯的电流所做的功之比为：
W1W2=P1tP2t=P1P2=5W60W=112。
故答案为：LED；1：12.
例2．（2021•温州）疫情期间只允许体温正常的师生进入校园，为此，小明设计了一款“智能门禁”，能检测体温并进行人脸识别。工作原理为：
①若体温正常开关S1闭合，人脸识别成功开关S2闭合，电动机M工作（门打开），警示灯不亮；
②若体温异常S1不闭合，人脸识别成功S2闭合，电动机M不工作且警示灯亮起；
③不管体温是否正常，若人脸识别失败S2不闭合，电动机M不工作且警示灯不亮。
（1）下列电路设计符合要求的是 BC 。（可多选）
（2）若警示灯工作时，两端电压为3伏，电阻为10欧，其工作时的功率为 0.9 瓦。
【解答】解：（1）A.若体温异常S1不闭合，动触点与下面的静触点接触，警示灯接通，不管人脸识别是否成功，警示灯都要亮起，故A不符合题意；
B.若体温正常开关S1闭合，电磁铁把衔铁吸起，动触点与上面的静触点接触，警示灯断开，人脸识别成功开关S2闭合，电动机M工作（门打开），警示灯不亮；若体温异常S1不闭合，动触点与下面的静触点接触，电动机M断开，人脸识别成功S2闭合，警示灯接通，此时电动机M不工作警示灯亮起；不管体温是否正常，若人脸识别失败S2不闭合，电动机M和警示灯都断开，电动机M不工作且警示灯不亮，故B符合题意；
C.若体温正常开关S1闭合，电磁铁把衔铁吸下，动触点与下面的静触点接触，警示灯断开，人脸识别成功开关S2闭合，电动机M工作（门打开），警示灯不亮；若体温异常S1不闭合，动触点与上面的静触点接触，电动机M断开，人脸识别成功S2闭合，警示灯接通，此时电动机M不工作警示灯亮起；不管体温是否正常，若人脸识别失败S2不闭合，电动机M和警示灯都断开，电动机M不工作且警示灯不亮，故C符合题意；
D.若体温正常开关S1闭合，动触点与下面的静触点接触，电动机M接通，不管人脸识别是否成功，电动机M工作（门打开），故D不符合题意。
（2）若警示灯工作时，两端电压为3伏，电阻为10欧，其工作时的功率为：
P＝UI=U2R=(3V)210Ω=0.9W。
故答案为：（1）BC；（2）0.9。
例3．（2020•温州）小明观察了小区入口的车辆出入自动控制闸，发现当车牌被识别系统识别后，绿灯亮，栏杆抬起，车辆通行。于是他设计了如图所示的模拟电路，车牌识别成功相当于图中开关S闭合。
（1）已知该电路电源电压为6伏，指示灯L工作时的阻值为5欧，滑动变阻器接入电路的阻值为10欧，线圈阻值不计。闭合开关后，线圈吸住铁柱时，指示灯的功率为 0.8 瓦。
（2）若电源电压下降，栏杆不能抬起。除了更换电池外，请你再写出一种能使栏杆正常抬起的方法。 将滑动变阻器接入电路的阻值调小些 。
【解答】解：（1）由图知，指示灯L与滑动变阻器串联，当滑动变阻器接入电路的阻值为10Ω时，开关闭合，
电路的电流为：
I=URL+R滑=6V5Ω+10Ω=0.4A，
小灯泡的电功率为：
P＝I2RL＝（0.4A）2×5Ω＝0.8W；
（2）若电源电压下降，根据I=UR知在电阻不变时电路的电流较小，电磁铁的磁性较弱，吸引力较小，不能将铁柱吸下来，栏杆不能抬起，此时可以将滑动变阻器的阻值调小些，增大了电路的电流，电磁铁的磁性增强，将铁柱吸下来，可以使栏杆正常抬起来。
故答案为：（1）0.8；（2）将滑动变阻器接入电路的阻值调小些。
例4．（2020•衢州）小科测量额定电压为2.0V小灯泡的电功率，电路图如图甲所示，电源为两节干电池，利用测得数据绘制图象如图乙、丙所示，图中x为滑片P移动的距离。
（1）当滑片P移动的距离为a时，图丙中电流突然变小的原因是 灯丝断了（或电压表所测电路开路） 。
（2）该小灯泡的额定功率是 0.4W 。
【解答】解：
（1）灯与变阻器串联，电压表测灯的电压，电流表测电路的电流，当滑片P移动的距离为a时，图丙中电流突然减小到0，电路可能断路，图乙中，电压增大为电源电压3V，则电压表与电源连通，故图丙中电流突然变小的原因是灯丝断了；
（2）灯在额定电压下正常发光，由图乙知，电压表示数为2V时，x移动的距离为12cm，根据图丙知，此时的电流为0.2A，
该小灯泡的额定功率是：P＝UI＝2V×0.2A＝0.4W。
故答案为：（1）灯丝断了；（2）0.4W。
例5．（2021•杭州）小金利用如图甲所示的电路来测量小灯泡的额定功率。小灯泡额定电压为2.5V，电源电压恒定。
（1）依据图甲，请在答题卷上用笔画线代替导线，将图乙中的实物图补充完整。
（2）小金正确连接实物电路，闭合开关后，移动滑动变阻器的滑片至某位置时，电压表示数如图丙所示，此时灯泡两端电压为 2.3 V。接下来调节滑动变阻器的滑片向 B （选填“A”或“B”）端移动，直至小灯泡正常发光。
【解答】解：（1）根据电路图可知，电流表串联接入电路中，电压表并联到灯泡的两端，实物图如图所示：
；
（2）由图丙可知，电压表的量程为0～3V，分度值为0.1V，示数为2.3V，而额定电压为2.5V，故应使小灯泡两端的电压增大，则应减小变阻器分得的电压，根据串联电路的分压原理，要减小变阻器连入电路中的电阻，即滑片向B移动，使电压表示数为2.5V。
故答案为：（1）如图；（2）2.3；B。
例6．（2021•绍兴）在“测量小灯泡的功率”实验中，电源为2节干电池，小灯泡标有“2.5V”字样。
（1）按图甲方式连接好电路，小敏刚要闭合开关时，同组同学提醒他的操作有一个不妥之处，请你帮他指出： 滑动变阻器的滑片没有置于阻值最大位置 。
（2）闭合开关后，无论怎样调节滑动变阻器，小敏发现小灯泡始终不发光，电压表示数接近于3V保持不变，电流表示数始终为零，则故障原因可能是 灯泡处断路 。
（3）排除故障后，小敏闭合开关进行实验，当电压表示数为2.5V时，电流表示数如图乙所示，则小灯泡的额定功率为 1.05 W。
（4）实验结束后，小组同学对测量结果进行误差分析，考虑到电压表中也有电流通过，该电路所测小灯泡的额定功率与真实值相比 偏大 （选填“偏大”或“偏小”）。
【解答】解：（1）为保护电路，闭合开关前滑动变阻器滑片应置于阻值最大位置，而图甲中，闭合开关前滑片没有置于阻值最大位置；
（2）闭合开关，灯泡不亮，且电压表有示数、电流表示数始终为零，造成这种故障的原因是灯泡处断路；
（3）由图乙可知，电流表选用小量程，分度值为0.02A，示数为0.42A，则小灯泡的额定功率为：P＝UI＝2.5V×0.42A＝1.05W；
（4）由图知，电压表与小灯泡并联，所测电压较准确，而电流表测通过小灯泡和电压表的电流，所测电流偏大，由P＝UI可知所测小灯泡的额定功率与真实值相比偏大。
故答案为：（1）滑动变阻器的滑片没有置于阻值最大位置；（2）灯泡处断路；（3）1.05；（4）偏大。
例7．（2021•丽水）小科开展了课外探究活动：串联电路中，滑动变阻器的电功率与其接入电路电阻的关系。
【建立猜想】猜想1：滑动变阻器的电功率会随其接入电路电阻的增大而增大；
猜想2：滑动变阻器的电功率会随其接入电路电阻的增大而减小；
猜想3：滑动变阻器的电功率会随其接入电路电阻的增大先增大后减小。
【进行实验】将5欧的定值电阻R0、“10Ω 3A”的滑动变阻器R、电压恒为15伏的电源、数字电流表和电压表、开关、若干导线按如图甲所示电路图连接。
（1）图甲中电压表测 滑动变阻器 两端的电压；
（2）实验中，将滑动变阻器滑片向 右 移动（填“左”或“右”），电流表示数变小；
（3）实验中，R分别取0欧、1欧……10欧接入电路，观察记录并处理数据，得到下表，请将表中缺失的数据补充完整；
R阻值/欧
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
电流/安
3.00
2.50
2.14
1.88
1.67
1.50
1.36
1.24
1.14
1.06
1.00
电压/伏
0.00
2.50
4.28
5.64
6.68
7.50
8.16
8.68
9.12
9.54
10.00
电功率/瓦
0.00
6.25
9.16
10.60
11.16
11.25
11.10
10.76
10.40
10.11
10.00
【得出结论】根据实验数据，作出滑动变阻器的电功率随其接入电路电阻变化的曲线（如图乙），小科得出结论：猜想3成立，且当R＝R0时，滑动变阻器的电功率最大。
【交流评价】
（4）小科只通过上述探究得出实验结论可靠吗？并说明理由 不可靠，只通过一次实验不能探究得出可靠的实验结论，需要多次测量找普遍规律。 。
【解答】解：（1）由图知电压表并联在滑动变阻器的两端，所以电压表测量滑动变阻器两端的电压；
（2）由图知电压表并联在滑动变阻器的两端，当电流表的示数减小时，由I=UR知在电压一定时电路的电阻增大，所以将滑动变阻器滑片向右移动；
（3）表格中第5次的功率值为：
P＝UI＝7.50V×1.50A＝11.25W；
（4）只通过一次实验不能探究得出可靠的实验结论，需要多次测量找普遍规律。
故答案为：（1）滑动变阻器；（2）右；（3）11.25；（4）不可靠、只通过一次实验不能探究得出可靠的实验结论，需要多次测量找普遍规律。
例8．（2021•嘉兴）学习了电学知识后，某科学兴趣小组开展制作“电热水壶”的项目化学习。
【项目任务】制作一款电热水壶。经过小组同学讨论后确定电热水壶的要求如下：
容积：1L；
功能：①加热：②保温；
性能：能在7分钟内将1L水从20℃加热到100℃（不计热量损失）。
【方案设计】为实现上述功能，同学们利用两个不同阻值的电阻（R1＜R2）进行设计，其中方案一如图所示。利用方案一中的器材，请将方案二的电路补充完整。
【器材选择】若该壶是按照方案一设计的，根据项目任务中的性能要求，选择的加热电阻阻值最大为多少欧姆？[Q吸＝cm（t﹣t0），c水＝4.2×103J/（kg•℃）]
【方案反思】有同学认为电器设计还应考虑使用安全，从安全角度提出一条设计建议 在加热的支路上增加一个温度控制开关 。
【项目制作】……
【解答】解：【方案设计】
方案一，电路中两电阻串联，闭合开关S后，当开关S1闭合时，电路为R1的简单电路，电路的电阻较小，电功率较大，为加热状态；当开关S1断开时，两电阻串联，电路的电阻较大，电功率较小，为保温状态；
开关转换达到改变电路中电阻的大小，从而改变电热水壶的电功率，以实现加热和保温功能；
为了实现上述功能，还可以将两电阻并联，通过开关转换实现，电路图如图所示：
当闭合开关S时，为保温状态，再闭合S1为加热状态；
【器材选择】
由题知，方案一中能在7分钟内将1L水从20℃加热到100℃，
水的质量：m＝ρV＝1×103kg/m3×1×10﹣3m3＝1kg，
水吸收的热量：Q吸＝cm（t﹣t0）＝4.2×103J/（kg•℃）×1kg×（100℃﹣20℃）＝3.36×105J，
不计热量损失，电热水壶消耗的电能：W＝Q吸，
电热水壶的加热率：P=Wt=Q吸t=3.36×105J7×60s=800W，
由P=U2P可得，R=U2P=(220V)2800W=60.5Ω，
即选择的加热电阻阻值最大为60.5Ω；
【方案反思】
为了保证使用的安全，可以在加热的支路上增加一个温度控制开关，避免水加热至沸腾后仍持续加热。
故答案为：【方案设计】见上图；
【器材选择】方案一，选择的加热电阻阻值最大60.5Ω；
【方案反思】在加热的支路上增加一个温度控制开关。
例9．（2021•丽水）智能家居带给我们健康、舒适的生活，如智能马桶（图甲），某品牌智能马桶座圈的简易加热电路如图乙所示，电阻R1和R2是阻值恒定的电热丝，单刀双掷开关S2可接a或b，再通过开关S1的通断，实现“高、中、低”三种温挡的调节，其中低温挡的功率为20瓦，电阻R2为1210欧。
（1）座圈加热时，把电能转化为 内 能；
（2）当开关S1闭合、S2接a时，该座圈的电路相当于下列选项中的 C ；
（3）1千瓦时的电能可供该座圈低温挡工作多少小时？
（4）该座圈处于中温挡工作时的电功率为多少？
【解答】解：（1）座圈加热时，把电能转化为内能；
（2）当开关S1闭合、S2接a时，两电阻并联。
图A为R1的简单电路，图B为两电阻串联的电路，图C为两电阻并联的电路，故该座圈的电路相当于下列选项中的C；
（3）1千瓦时的电能可供该座圈低温挡工作的时间t=WP低温=1kW⋅ℎ20×10−3kW=50h；
（4）当开关S1闭合、S2接a时，两电阻并联。总电阻最小，根据P＝UI=U2R可知此时总功率最大，为高温挡，
闭合S1，S2接b时，电路为R1的简单电路，总电阻较小，根据P＝UI=U2R可知此时总功率较大，为中温挡，
当开关S1断开、S2接b时，两电阻串联。总电阻最大，根据P＝UI=U2R可知此时总功率最小，为低温挡；
该座圈处于低温挡时，电路的总电阻R串=U2P低温=(220V)220W=2420Ω，则R1＝R串﹣R2＝2420Ω﹣1210Ω＝1210Ω，
该座圈处于中温挡工作时的电功率P中温=U2R1=(220V)21210Ω=40W。
故答案为：（1）内；（2）C；（3）1千瓦时的电能可供该座圈低温挡工作50小时；
（4）该座圈处于中温挡工作时的电功率为40W。
例10．（2021•金华）便携式无线加湿器，让你随时随地实现加湿自由。某品牌便携式无线加湿器，通过旋转开关S接触不同触点，实现高、低两个挡位的转换，其简化的工作电路如图所示，铭牌上的部分参数如下表：
项目
参数
工作电压（V）
20
低挡位功率（W）
5
高挡位功率（W）
10
完成下列问题：
（1）旋转开关S接触“bc”两触点时，加湿器处于 低 挡位；
（2）加湿器低挡位工作时，电路通过的电流多大？
（3）加湿器高挡位工作6小时，将消耗多少电能？
【解答】解：（1）旋转开关S接触触点ab时，电路未接通；
旋转开关S接触触点cd时，电路为R1、R2的并联电路，总电阻较小，根据P＝UI=U2R可知总功率较大，
旋转开关S接触触点bc时，电路为R2的简单电路，总电阻较大，根据P＝UI=U2R可知总功率较小，加湿器处于低挡位；
（2）已知低挡位的功率为5W，加湿器低挡位工作时，电路通过的电流I=P低U=5W20V=0.25A；
（3）已知高挡位的功率为10W，加湿器高挡位工作6小时，将消耗的电能W＝P高t＝10W×6×3600s＝2.16×105J。
故答案为：（1）低；
（2）加湿器低挡位工作时，电路通过的电流为0.25A；
（3）加湿器高挡位工作6小时，将消耗2.16×105J的电能。
【习题巩固】
一．选择题（共7小题）
1．下列连接方法中，闭合开关后，在相同时间内虚线框里的电阻丝产生的总热量最少的是（ ）
A． B．
C． D．
【解答】解：串联电路总电阻大于任何一个分电阻，并联电路的总电阻小于任何一个分电阻，
根据电阻串联和并联的特点可知，四个图中电路的总电阻关系为：RC＞RB＞RA＞RD，
由题知，甲、乙、丙、丁四个电路两端电压相等，
由Q=U2Rt可知，C图中电路的总电阻最大，相同时间内产生的总热量最少。
故选：C。
2．如图是一个玩具汽车上的控制电路，小明对其进行测量和研究发现：电动机的线圈电阻为1Ω，保护电阻R为4Ω，当闭合开关S后，两电压表的示数分别为6V和2V，则（ ）
A．电路中的电流为 4A
B．电动机的功率为 16W，它两端的电压为 4V
C．1 分钟在电阻 R 上产生热量 60J，电动机消耗电能 120J
D．电动机工作时将机械能转化为电能，若将电阻 R 换成滑动变阻器，可调节电动机的转速
【解答】解：由电路图中可知，电动机与保护电阻串联，电压表V1测量电源电压；电压表V2测量保护电阻R两端的电压；
（1）由题意可知，闭合开关后，电阻R两端的电压为2V，
则通过电阻R的电流：
I=URR=2V4Ω=0.5A；
因为串联电路电流处处相等，
电路中的电流为0.5A，故A错误；
（2）电压表V1测量电源电压，则结合题中数据可知，电源电压为6V，
因为串联电路总电压电压各用电器电压之和，
所以电动机的电压为：UM＝U﹣UR＝6V﹣2V＝4V，
电动机的功率为：
PM＝UMI＝4V×0.5A＝2W；故B错误；
（3）1分钟在电阻R上产生的热量：
Q＝I2Rt＝（0.5A）2×4Ω×60s＝60J；
1 分钟电动机消耗电能：
W＝UMIt＝4V×0.5A×60s＝120J；故C正确；
（4）电动机工作时把电能转化成机械能；将电阻R换成滑动变阻器，可以调节电路中电流的大小，从而起到调节电动机转速的作用，故D错误。
故选：C。
3．如图所示是一个电吹风的实物连接图，其中发热电阻丝的阻值为50Ω，电吹风吹冷风时，测得插头处的电流表为0.2A。当此电吹风吹热风时，正常工作2分钟，消耗的电能是（ ）
A．5050J B．240J C．116160J D．121440J
【解答】解：电吹风吹冷风时，只有电动机工作，电路中电压是220V，插头处电流为0.2A，
则电吹风消耗的电功率：PM＝UI＝220V×0.2A＝44W，
电吹风吹热风时，电动机和电热丝都工作，并且是并联，
电热丝的功率：P丝=U2R丝=(220V)250Ω=968W
此时电吹风的总功率：P总＝PM+P丝＝44W+968W＝1012W
正常工作2min，消耗的电能：W＝P总t＝1012W×120s＝121440J。
故选：D。
4．如图所示，将三个相同空烧瓶口分别用完全相同的气球密封，将多个阻值相同的电阻R以不同的连接方式接入电路中，通电一段时间后体积变化最大的气球是（ ）
A．a B．b C．c D．三个相同
【解答】解：
由图可知，三个烧瓶的电阻（相同的电阻R）以不同方式接入电路中时是串联的，所以通过电流相等，通电时间也相等，
由电阻的串联和并联特点知，电阻串联后电阻最大，并联后电阻最小，即被b气球密封的烧瓶里的电阻最大，由Q＝I2Rt可知这个烧瓶里电阻放出热量最多，瓶中气体温度最高，气球的体积变化最大。
故选：B。
5．图甲是一款车载USB充电器，工作原理如图乙，闭合S后稳压元件两端电压恒为U，可为手机等提供稳定的充电电压，汽车电源电压为U总（U总＞U），R为定值电阻，其消耗的电功率为P，则下列关于P﹣U总图象的变化正确的是（ ）
A． B．
C． D．
【解答】解：由欧姆定律和P＝UI可得，R消耗的电功率：P＝URI=UR2R=(U总−UD)2R=1RU总2−2UDRU总+UD2R，显然R消耗的电功率P随电源总电压U总变化关系为二次函数图象，由数学知识知，图象为抛物线，并且开口朝上，故A正确，BCD错误。
故选：A。
6．为了探究电流产生的热量跟什么因素有关，某同学设计了如图所示的装置。将两段阻值不同的电阻丝分别密封在两个完全相同的小塑料盒中，塑料盒内分别插着相同的温度计，电源电压不变。闭合开关，相同时间内A的温度计温度上升快，则下列说法不正确的是（ ）
A．相同时间内电阻R1产热量多
B．电阻R1＞R2
C．R1两端电压大于R2两端的电压
D．该实验为探究电流产生的热量与电流大小是否有关
【解答】解：
根据图可知，该电路为串联电路，在串联电路中各处的电流是相同的；相同时间内A的温度计温度上升快，说明R1产生的热量多，在电流和通电时间相同时，电阻越大，产生的热量越多，即电阻R1＞R2；电流和通电时间相同，电阻不同，所以探究的是电流产生的热量与电流大小是否有关；根据U＝IR可知，R1两端电压大于R2两端的电压，故ABC正确，D错误；
本题选错误的；
故选：D。
7．多功能煲汤炖锅可以实现保温、慢炖、快炖三种功能，使用时可通过旋钮开关实现功能切换。下图是模拟加热原理图，其中测试电源的电压为5伏，四段电热丝电阻均为5欧，保温、慢炖、快炖所需加热功率依次增大。下列说法正确的是（ ）
A．开关旋至“1”挡，开启快炖功能
B．开启保温功能，电路中的总电阻为5欧
C．从快炖到慢炖，电路总电流变化0.5安
D．快炖与慢炖电路总功率之比为2：1
【解答】解：
A、开关旋至“1”挡，两个电阻串联，此时电路总电阻：R串＝2R＝2×5Ω＝10Ω；
此时的总功率P1=U2R串=(5V)210Ω=2.5W；
开关旋至“2”挡，只有一个电阻工作，
此时的总功率P2=U2R=(5V)25Ω=5W；
开关旋至“3”挡，两个电阻并联，并联的电阻为：R并=12R=12×5Ω＝2.5Ω，
此时的总功率P3=U2R并=(5V)22.5Ω=10W；
因此开关旋至“1”挡，为保温挡；接“2”时为慢炖，接“3”时为快炖，故A错误；
B、开关旋至“1”挡，为保温挡，总电阻为10Ω，故B错误；
C、快炖时，两个电阻并联，总电流为：I并=UR并=5V2.5Ω=2A；
慢炖时，只有一个电阻，总电流为：I=UR=5V5Ω=1A；
则从快炖到慢炖，电路总电流变化：△I＝I并﹣I＝2A﹣1A＝1A，故C错误；
D、快炖与慢炖电路总功率之比：P3：P2＝10W：5W＝2：1，故D正确。
故选：D。
二．填空题（共3小题）
8．甲、乙两个相同的烧瓶里分别装有等质量的水和煤油，在水和煤油中放入完全相同的电阻丝，现把两个电阻丝串联起来，组成如图所示的电路，闭合开关一段时间，通过温度计观察水和煤油的温度上升。
（1）水上升的温度（Δt水）与煤油上升的温度（Δt油）的大小关系是Δt水 小于 Δt油（选填“大于”、“等于”或“小于”）。
（2）移动滑动变阻器滑片，继续观察，发现水和煤油的温度升高得更快，那么滑动变阻器滑片在向 A （选填“A”或“B”）移动。
【解答】解：（1）两个完全相同电阻丝串联接入电路中，电流相等，由Q＝I2Rt可知两电阻丝产生的热量相同，水的比热容比煤油大，所以质量相等的水和煤油，吸收相同的热量，水的比热容大，吸收能力大，温度上升的少，故是Δt水 小于Δt油；
（2）移动滑动变阻器滑片，继续观察，发现水和煤油的温度升高得更快，说明电流产生的热量多，由Q＝I2Rt可知，是电路中电流变大，所以电路中的电阻变小，即滑片向A端移动。
故答案为：小于；A。
9．如图所示，利用电动机通过滑轮组（虚线框内的滑轮组未画出）依次拉动物体A、B。图中效率为60%的电动机拉绳子的功率为50W且保持不变，不计绳重与摩擦，动滑轮的总重力为6N，拉动A向右做匀速直线运动时，所受阻力为48N，电动机拉绳的力为F1，此过程中，A所受的拉力与阻力的大小 相等 （填“相等”或“不相等”），电动机工作1min消耗的电能为 5000 J。拉动B向右做匀速直线运动时，B所受阻力为36N，电动机拉绳的力为F2，F2比F1小4N，此时电动机拉绳的力F2为 14 N。（电动机的效率为电动机输出的有用机械功与电流做的总功的比值）
【解答】解：（1）拉动A向右做匀速直线运动，A处于平衡状态，由二力平衡条件可知，A所受的拉力与阻力的大小相等，为48N；
（2）已知电动机的效率为60%，电动机拉绳子的功率P＝50W，
则电动机的电功率P′=50W60%=250W3W，
由P=Wt可得，电动机工作3s消耗的电能W＝P′t=250W3W×1×60s＝5000J；
（3）依次拉动物体A、B，电动机的效率都为60%，
不计绳重与摩擦，设动滑轮上绳子的有效股数为n，则：
F1=1n（fA+G动）﹣﹣﹣﹣﹣﹣①
F2=1n（fB+G动）﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣②
由题知F2+4N＝F1﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣③，
且已知fA＝48N、fB＝36N、G动＝6N，再联立①②③式，解得F2＝14N。
故答案为：相等；5000；14。
10．一只标有“6V 3.6W”的小灯泡和一个定值电阻“10Ω0.5A”，通过它们的电流随两端电压的变化关系如图所示，若把它们并联接入3V的电路中，则电路的总功率为 2.4 W．若把它们串联在一个电路中，小灯泡的最大功率为 1.5 W。
【解答】解：（1）由I﹣U图象可知，U＝3V时，通过灯泡的电流IL＝0.5A，通过电阻的电流IR＝0.3A，
电路总电流I＝IL+IR＝0.5A+0.3A＝0.8A，电路总功率P＝UI＝3V×0.8A＝2.4W；
（2）∵P＝UI，
∴灯泡正常发光时的电流：
IL额=PL额UL额=3.6W6V=0.6A，
由题意知，电阻允许通过的最大电流是0.5A，当灯泡与电阻串联时，
电路的最大电流应等于电阻允许通过的最大电流I′＝0.5A，由I﹣U图象可知，
此时灯泡两端电压UL′＝3V，
灯泡与电阻串联时的最大功率：
P＝UL′I′＝3V×0.5A＝1.5W；
故答案为：2.4；1.5。
三．实验探究题（共6小题）
11．为了测定小灯泡的电功率，小明利用电压恒为3伏的电源、滑动变阻器、标有“2.5V”字样的小灯泡等器材按图甲方式连接电路进行实验，闭合开关并移动滑片P，获得相关数据如表：
实验序号
电压/伏
电流/安
电功率/瓦
1
2.0
0.18
0.36
2
2.5
0.50
3
3.0
0.22
0.66
（1）完成实验2后，要想获得实验3的数据，则实验中滑片P的移动情况是 向左移动 。
（2）请分析表中数据，确定小灯泡正常发光时电流表的示数为 0.2A ，并在图乙中画出此时电流表指针位置。
（3）在滑动变阻器滑片移动过程中，电路消耗的总功率、小灯泡的功率随电流变化如图丙所示，请判断随电流增大，滑动变阻器的功率大小变化是 先增大，后减小为零 。
【解答】解：
（1）由表格数据可知，实验3中灯泡两端的电压值大于实验2中灯泡两端的电压值，而电源电压不变，且U＝U滑+UL，故完成实验2后，要想获得实验3的数据（即增大灯泡两端的电压），应减小滑动变阻器两端的电压，根据串联分压特点可知，应减小滑动变阻器接入电路的阻值，则由图甲可知滑片P应向左移动；
（2）小灯泡的额定电压为2.5V，从表中可知，小灯泡正常发光时的额定功率为0.5W，
根据P＝UI可知小灯泡正常发光时电流表的示数I=PU=0.5W2.5V=0.2A；图乙电流表选择小量程，电流表指针位置如图所示：
（3）电路消耗的总功率P总＝P滑+P灯，则滑动变阻器消耗的功率P滑＝P总﹣P灯，从图丙中可知，在电流逐渐增大的过程中，P总与P灯的差先增大，后减小为零，故滑动变阻器的功率大小变化是先增大，后减小为零。
故答案为：（1）向左移动；（2）0.2A；如上图所示；（3）先增大，后减小为零。
12．小科同学利用电流表和电阻箱测量小灯泡的功率，设计并连接了如图甲所示的实物电路。
（1）闭合开关S1，将单刀双掷开关S2扳向“1”，调节滑动变阻器的阻值使电流表的示数为I1，如图乙所示，I1＝ 0.2 A。
（2）将开关S2扳向“2”，保持滑动变阻器的阻值不变，调节电阻箱的阻值R，使电流表的示数仍为I1，此时R＝5Ω。
（3）步骤（1）小灯泡的实际功率P1＝ 0.2 W；
（4）在实际测量中，若小灯泡的额定电流为I0＝2I1，以下关于灯泡额定功率P0与实际功率P1的数值关系，你认为可能的是 D 。
A.P0＝2P1
B.P0＝3P1
C.P0＝4P1
D.P0＝5P1
【解答】解：（1）闭合开关S1，将开关S2扳向“1”，滑动变阻器与灯泡串联，如图乙所示，电流表量程为0～0.6A，分度值为0.02A，则电流表的示数为I1＝0.2A；
（2）将开关S2扳向“2”，保持滑动变阻器的滑片位置不变，使滑动变阻器接入电路的阻值不变，调节电阻箱连入电路的阻值，当电流表示数为I1时，此时电阻箱连入电路的电阻与上次实验中电流为I1时灯丝电阻相同；故灯泡的电阻R1＝5Ω；
（3）由（2）知灯丝中电流为I1时，灯丝的阻值R＝5Ω，则小灯泡的实际功率：P实＝I12R＝（0.2A）2×5Ω＝0.2W；
（4）若小灯泡的额定电流为I0＝2I1，假设灯泡的阻值不变，则P额＝I02R＝（2I1）2R＝4I12R＝4P1。
由于灯泡的阻值不是定值，会随温度的升高而变大，所以，当灯泡在正常工作时，灯泡的阻值变大，则额定功率P0＞P额＝4P1，所以最有可能的额定功率值P0＝5P1。
故选：D。
故答案为：（1）0.2；（3）0.2；（4）D。
13．电炉丝正常工作时，导线和电炉丝通过的电流相同，但电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热。为探究其原因，小乐设计了如图所示的实验电路，其中R1＞R2。
（1）用笔画线代替导线将实验电路连接完整。
（2）为了在较短的时间内达到明显的实验效果，烧瓶中应加入等量的 煤油 （选填“水”或“煤油”）；实验中通过 温度计示数的变化 （选填“加热时间”或“温度计示数的变化”）来反映电阻丝产生热量的多少。
（3）实验表明：在电流和通电时间相同时，电阻越大，电流产生的热量越多。则“电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热”的原因是 电炉丝与导线是串联的，电流和通电时间相等，根据Q＝I2Rt，电阻越大，产生的热量越多，而电炉丝的电阻远大于导线的电阻 。
【解答】解：
（1）电炉丝正常工作时，导线和电炉丝通过的电流相同，通电时间也相同，但电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热，这说明导体产生的热量与导体的电阻的大小有关，探究该问题时，需要控制电流和通电时间相同，故需要两个电阻丝串联在电路中，如图所示：
；
（2）煤油的比热容比水小，质量相等且吸收相同热量时，煤油上升的温度比水更快，实验现象更明显，故选用的是煤油；根据转换法，实验中煤油吸热的多少是通过温度计示数的变化来反映的；
（3）电炉丝与导线是串联的，电流和通电时间相等，根据Q＝I2Rt，电阻越大，产生的热量越多，电炉丝的电阻远大于导线的电阻，所以在相同的时间内，电炉丝产生的热量较多，电炉丝热得发红，而与电炉丝连接的导线却几乎不发热。
故答案为：（1）如图所示：（2）煤油；温度计示数的变化；（3）电炉丝与导线是串联的，电流和通电时间相等，根据Q＝I2Rt，电阻越大，产生的热量越多，而电炉丝的电阻远大于导线的电阻。
14．某品牌酸奶机的部件如图甲所示，工作电路如图乙所示，其中R1与R2为电热丝。接入电路，启动工作即为闭合开关S1，进入加热状态，此时的功率为20W；当温度达到42℃时，温控开关S2自动断开，功率减小到4W，此后设备达到热平衡，温度保持42℃不变（不考虑温度对电阻的影响）。
小乐利用此酸奶机按如下方式制取酸奶：
①将酸奶机的不锈钢内胆放在开水中煮5分钟；
②将新鲜纯牛奶倒入酸奶机，然后加入适量酸奶；
③盖上酸奶机的顶盖，让内部处于密封状态，打开电源开关。
（1）组成酸奶机部件的材料中，属于金属材料的是 不锈钢 （选填“玻璃”“塑料”或“不锈钢”）。
（2）在制作酸奶过程中，步骤①和步骤③的目的分别是 高温可以杀菌，防止杂菌的污染；达到适宜的温度和缺氧的环境 。
（3）该酸奶机电热丝R2的阻值为 3025 Ω；若加热时的效率为75%，则将240g的混合牛奶（鲜奶和酸奶的混合物）从22℃加热到42℃大约需要 800 s。[混合牛奶的比热容始终为2.5×103J/（kg•℃）；不考虑加热过程中热量散失的影响]
【解答】解：（1）玻璃是由无机非金属材料制成的；塑料是由合成材料制成的；不锈钢是由金属材料制成的；
（2）①制作酸奶时，对材料进行煮沸处理，高温可以杀菌，防止杂菌的污染；
③乳酸菌大量繁殖所需要的基本外界条件：适宜的温度、缺氧的环境（氧气能抑制乳酸菌的繁殖），还有水和充足的有机物，所以盖上酸奶机的盖子，打开开关，目的让内部处于密封状态从而达到适宜的温度和缺氧的环境；
（3）由电路图可知，S1、S2均闭合时为并联电路，电路总电阻较小，由P＝UI=U2R可知，此时为高温挡；S1闭合，S2断开时，电路总电阻较大，由P＝UI=U2R可知，为保温挡；
R2的功率：P2＝P高﹣P保＝20W﹣4W＝16W，
由P＝UI=U2R可知R2的阻值为：
R2=U2P2=(220V)216W=3025Ω；
（4）牛奶吸收的热量：
Q吸＝c牛奶m△t＝2.5×103J/（kg•℃）×240×10﹣3kg×（42℃﹣22℃）＝12000J，
由η=Q吸W可得消耗的电能：
W=Q吸η=12000J75%=16000J，
由W＝Pt可得加热时间为：
t=WP=16000J20W=800s。
答：（1）不锈钢；
（2）高温可以杀菌，防止杂菌的污染；达到适宜的温度和缺氧的环境；
（3）电阻丝R2的阻值为3025Ω；如果该酸奶机加热时的效率为75%，则将240g牛奶加从22℃热到42℃大约需要800s。
15．在“测定小灯泡额定功率”的实验中，电源电压为6V，小灯泡的额定电压为3.8V。
（1）小明在连接实验电路时还有导线未接上，如图甲所示，请用笔画线代替导线把图甲中的电路连接好；
（2）在闭合开关前，滑动变阻器的滑片应该移到 A （填“A”或“B”）端；
（3）实验时，要使小灯泡正常发光，应移动滑动变阻器的滑片使电压表的示数为3.8V，此时电流表的示数如图乙所示，那么小灯泡的额定功率是 2.66 W。
【解答】解：（1）因为灯泡的额定电压为3.8V，所以电压表量程选择0～15V；将电压表“15”接线柱与灯泡的右接线柱相连，如下图所示：
；
（2）连接完电路时，闭合开关前，需将滑动变阻器的滑片移到阻值最大处，即将滑片放在A端；
（3）要使小灯泡正常发光，应移动滑动变阻器的滑片使电压表的示数等于灯泡的额定电压3.8V；
根据图乙可知，电流表量程为0～3A，分度值为0.1A，示数为0.7A；
灯泡的额定功率：P＝UI＝3.8V×0.7A＝2.66W。
故答案为：（1）如图；（2）A；（3）2.66。
16．在一次测量小灯泡额定功率的实验中，所用电源由两节新干电池串联组成，小灯泡上标有“2.5V”字样（小灯泡额定功率约为0.7W）。聪明而粗心的小鹏连接了如图甲所示的电路。
（1）同组的小张发现电路连接有错，如果闭合图甲所示电路的开关，电压表的示数约为 3 V，小灯泡的发光情况为 不发光 （选填“正常发光”、“亮度较暗”或“不发光”）。
（2）小张主张拆了以后重新连接，可是时间来不及了，小鹏眼珠一转，在图甲电路中只改变了某根导线一端的接点位置，就能测量电路中小灯泡额定功率。请在图甲中错误的导线上画“×”，并画出小鹏改动的那条导线。
（3）故障排除后，小张从滑动变阻器接入电路阻值最大时开始记录数据，得到小灯泡的U﹣I图像，如图所示，测得小灯泡的额定功率是0.75W，所用滑动变阻器的规格是下列四个选项中的 C 。
A.5Ω，2A
B.15Ω，2A
C.25Ω，2A
D.30Ω，2A
（4）有的同学认为该实验可以用来探究导体中的电流与电压的关系，你认为这种说法 不合理 （选填“合理”或“不合理”）。理由是 探究导体中的电流与电压的关系要控制电阻大小不变，而灯的电阻随温度的变化而变化 。
【解答】解：（1）甲图中，电流表与变阻器并联，电压表串联在电路中测电源电压，如果闭合图甲所示电路的开关，电压表的示数约为3V，因电压表内阻很大，故电路的电流为0，小灯泡的发光情况为不发光；
（2）电流表应与串联在电路中，电压表与灯并联，如下图所示：
（3）小张从滑动变阻器接入电路阻值最大时开始记录数据，此时电路的电流最小，根据小灯泡的U﹣I图像知，此时的电流为0.1A，对应的电压为0.5V，根据串联电路规律及欧姆定律，变阻器连入电路的最大电阻为：
R滑=U滑I1=U−U1I1=3V−0.5V0.1A=25Ω，选用滑动变阻器C；
（4）这种说法不合理，探究导体中的电流与电压的关系要控制电阻大小不变，而灯的电阻随温度的变化而变化。
故答案为：（1）3； 不发光；（2）如上图所示；（3）C； （4）不合理；探究导体中的电流与电压的关系要控制电阻大小不变，而灯的电阻随温度的变化而变化。
四．计算题（共3小题）
17．电压力锅结合了压力锅和电饭锅的优点，解决了压力锅的安全问题，如图是某品牌的电压力锅和它的简化电路图，R1为工作时的加热电热丝，额定功率为800W；R2为保温保压电热丝，且R2＝4R1，使用时同时闭合开关S1、S2，S1为压力开关，当压强达到设定值时S1会自动断开，排气阀开始排气；S2为限时开关，可以设定保温保压时间。
（1）电压力锅工作时，把电能转化为 内 能；
（2）加热功率为额定功率800W时，电阻丝R1的阻值为多少欧姆？
（3）用电压力锅煮骨头汤时食物更容易煮透。假设某次要煮水和骨头共计4千克，水的初温20℃，不计热损失，加热到最高温度120℃时，至少需要多少时间？（c水＝4.2×103J/（kg•℃），设骨头的比热容与水相同）
【解答】解：（1）电能的转化是通过电流做功实现的，电压力锅是把电能转化为内能来工作的；
（2）R1工作时，其两端的电压U1＝220V，根据P=U2R可知，R1=U12P额=(220V)2800W=60.5Ω；
（3）使用时同时闭合S1、S2，则R1与R2并联，
因并联电路中各支路两端的电压相等，
所以，由P=U2R可得，它们之间的功率之比：
P1P2=U2R1U2R2=R2R1=4R1R1=41，
则P2=P14=800W4=200W，
加热时的功率：
P＝P1+P2＝800W+200W＝1000W，
水和骨头吸收的热量：
Q吸＝cm（t﹣t0）
＝4.2×103J/（kg•℃）×4kg×（120℃﹣20℃）
＝1.68×106J，
由W＝Q吸＝Pt可得，加热时间：
t=WP=Q吸P=1.68×106J1000W=1680s。
答：（1）内；
（2）电阻丝R1的阻值为60.5Ω；
（3）加热到最高温度最少需要1680s。
18．某兴趣小组设计的“温度控制器”工作时有加热和保温两种状态。电路如图所示，S为开关，双金属开关在温度低时闭合，温度到达一定值时自动断开，降温后再闭合，循环工作，起到调节温度作用，指示灯的额定电压为200V，且亮起即正常工作，发热电阻阻值为40Ω。求：
（1）当指示灯亮时，温度控制器处于 保温 状态。
（2）指示灯的电阻值。
（3）加热状态时，温度控制器工作1分钟所消耗的电能。
【解答】解：（1）当指示灯亮时，指示灯与发热电阻串联，电路中的总电阻最大，
由P＝UI=U2R可知，电路的总功率最小，温度控制器处于保温状态；
（2）当指示灯亮时，两端的电压UL＝200V，
因串联电路中总电压等于各分电压之和，
所以，发热电阻两端的电压：
UR＝U﹣UL＝220V﹣200V＝20V，
因串联电路中各处的电流相等，
所以，电路中的电流：
I=ULRL=URR，
即200VRL=20V40Ω，
解得：RL＝400Ω；
（3）双金属开关闭合时，电路为发热电阻的简单电路，则温度控制器工作1分钟所消耗的电能：
W＝UI′t=U2Rt=(220V)240Ω×1×60s＝7.26×104J。
答：（1）保温；
（2）指示灯的电阻值为400Ω；
（3）加热状态时，温度控制器工作1分钟所消耗的电能为7.26×104J。
19．某品牌电加热座椅垫内部电路如图所示，S接触“2”或“3”触点时，可实现“低温”或“高温”挡位调节，已知低温挡功率为9W，高温挡功率为36W。求：
（1）在“高温”挡工作时，电路中的电流。
（2）在“低温”挡工作时，5min电路消耗的总电能。
（3）R1的阻值。
【解答】解：（1）电源电压U一定，由P=U2R可知，电阻越大，电功率越小；由电路图可知，开关S接触“2”，两电阻串联，此时功率较小，处于低温挡；S接触“3”，只有电阻R1接入电路，此时处于高温挡；
已知高温挡功率P高＝36W，电源电压U＝12V，由P＝UI可得，
在“高温”挡工作时，电路中的电流I=P高U=36W12V=3A；
（2）已知低温挡功率P低＝9W，由P=Wt可得，
5min电路消耗的总电能W＝P低t＝9W×5×60s＝2700J；
（3）由电路图可知，S接触“3”，只有电阻R1接入电路，此时处于高温挡；
由P=U2R可得，
电阻R1=U2P高=(12V)236W=4Ω；
答：（1）在“高温”挡工作时，电路中的电流为3A。
（2）在“低温”挡工作时，5min电路消耗的总电能为2700J。
（3）R1的阻值为4Ω。
五．解答题（共1小题）
20．随着生活条件的改善，人们更加注意家居环境的美化，如图所示甲是带有水温调节功能的家庭水族箱。该水族箱的鱼缸水温调节器工作原理如图乙所示：其中R1为阻值可调的电热丝，R2为定值电热丝，R2＝400欧，开关S2为单刀双掷开关，不考虑温度对电阻的影响。试问：
（1）如图乙所示可知：当开关S1闭合，S2接b时，电路处于 加热 状态（填“保温”或“加热”）；
（2）当开关S1闭合，S2接a时，若电路消耗功率P＝48.4W，则电热丝R1连入电路的阻值应为多少？
（3）当开关S1闭合，S2接a时，调节滑片得到R1的功率随电路中电流变化的图象如图丙所示，求R1接入电阻最大时R1的功率为多少？
【解答】解：
（1）当开关S1闭合、S2接b时，电路为R2的简单电路；开关S1断开、S2接a时，两电阻串联；
根据电阻的串联规律可知，串联电路的总电阻大于其中任一电阻，根据P＝UI=U2R可知，当开关S1闭合、S2接b时，总电阻最小，电功率最大，为加热状态；
（2）开关S1断开、S2接a时，两电阻串联，电路处于保温状态时，等效电路图如下图所示：
由P＝UI=U2R得电路的总电阻：
R=U2P=(220V)248.4W=1000Ω，
则根据串联电路的电阻特点可得R1连入电路的阻值：
R1＝R﹣R2＝1000Ω﹣400Ω＝600Ω；
（3）当电路处于保温状态且R1接入电阻最大时，电路中的电流最小，由图丙可知，最小电流为：I最小＝0.05A，
则此时总功率为：P总＝UI最小＝220V×0.05A＝11W，
此时R2的功率：
P2＝I最小2R2＝（0.05A）2×400Ω＝1W，
所以，滑动变阻器消耗的电功率：P滑＝P总﹣P2＝11W﹣1W＝10W。
答：（1）加热；
（2）当电路处于保温状态时，若电路消耗功率P＝48.4W，则电热丝R1连入电路的阻值应为400Ω；
（3）当电路处于保温状态时，调节滑片得到R1的功率随电流变化的图象如图丙所示，R1接入电阻最大时R1的功率为10W。
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